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环长株潭城市群农田土壤重金属污染特征及驱动机制

文献类型： 中文期刊

作者： 朱海鹏;焦乐;岳俊杰

作者机构：

关键词： 重金属;驱动机制;随机森林(RF);地理加权回归(GWR);偏最小二乘法结构方程模型(PLS-SEM)

期刊名称：环境科学

ISSN： 0250-3301

年卷期： 2026 年

页码：

收录情况： EI（2025版） ; ; 北大核心（2023版） ; ; CSCD（2025-2026年度） ; ; 科技核心（2024版）

摘要： 为明确湖南省环长株潭城市群农田土壤重金属的污染特征及驱动机制，选取湖南省长沙市和株洲市等8个地级市为研究区，采集49个土壤样品测定镉（Cd）、铅（Pb）、铜（Cu）、铬（Cr）、锌（Zn）、镍（Ni）和砷（As）这7个重金属含量。通过风险指数法评估污染特征，结合随机森林（RF）识别关键因素，并整合地理加权回归（GWR）与偏最小二乘法结构方程模型（PLS-SEM）解析空间异质性及驱动机制。结果表明，研究区土壤Cd、Cr和Cu含量超出湖南省背景值，其中Cd污染最为严重，其含量平均值为0.58 mg·kg–1（超背景值6.82倍），已超过农用地风险筛选值，其内梅罗综合污染指数为7.96，为重污染，生态风险评估显示，Cd有42.86%的采样点属于较高风险，22.45%为高风险，更有16.32%达到极高风险。RF模型显示，PM2.5、GDP、降水和土壤颗粒密度是Cd的主要影响因子，降水对Cr输入的贡献率最高，PM2.5对Cu输入的贡献度最高。GWR结果显示环境与社会经济因素的空间尺度效应显著，而PLS-SEM进一步量化了多因素交互作用的影响路径，土壤属性（颗粒密度、有机质等）对Cd累积的路径系数为0.37，气候因素（降水、温度）和土壤属性对Cr分别为0.89和0.39，土壤属性与气候通过调控Cu的活性（分别为0.04和0.29）促进其迁移，以上路径均为正向效应。研究不仅识别了主要污染源，更深入解析了以上因素通过直接与间接路径影响重金属累积的复杂交互作用过程，可为理解区域农田土壤重金属污染的成因提供了更为系统和动态的视角。

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